Caliper brake system for a railway vehicle

本発明は、車輪の側部に形成されたディスクロータを挟んで摩擦力を付与する鉄道車両用キャリパブレーキ装置の改良に関するものである。

近年、鉄道車両に搭載される油圧源を縮小、廃止するために、車輪を制動するブレーキ装置を油圧ブレーキから空気圧ブレーキにかえる傾向がある。

特許文献１に開示された鉄道車両用ブレーキ装置は、油圧式ブレーキアクチュエータの駆動力を梃子の原理で倍力して制輪子に伝えるリンク機構を備えている。

特開昭５０−１３７７７号公報

しかしながら、このような従来の鉄道車両用ブレーキ装置にあっては、ブレーキアクチュエータを空気圧によって作動させようとすると、ブレーキ装置が大型化し、車輪と台車（車両）間の限られたスペースに設けることが難しいという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、空気圧によって作動可能な鉄道車両用キャリパブレーキ装置を提供することを目的とする。

本発明は、車輪の側部に形成されたディスクロータと、このディスクロータを挟んで摩擦力を付与する左右の制輪子とを備える鉄道車両用キャリパブレーキ装置であって、前記左右の制輪子を支持するキャリパ本体と、 前記キャリパ本体を、車両に固定される支持枠に対して摺動可能に支持するスライドピンと、 リンク回動基端部とリンク回動先端部との両端部が設けられ、前記キャリパ本体に対してその中程が回動可能に支持されるリンクと、 前記リンクを回動させ、前記リンク回動先端部によって前記制輪子を前記ディスクロータに押し付けるブレーキアクチュエータと、を備え、前記ブレーキアクチュエータは、前記キャリパ本体に設けられ、前記スライドピンと同軸上に配置されるシリンダチューブと、前記シリンダチューブに摺動可能に嵌合し、前記シリンダチューブとの間に圧力室を画成するピストンと、前記ピストンに前記リンク回動基端部を連結する力点ピンと、を備えることを特徴とする 。

本発明によると、ブレーキアクチュエータの駆動力をリンクが梃子の原理で倍力して制輪子に伝えることにより、ブレーキアクチュエータに要求される駆動力を小さくし、ブレーキアクチュエータを空気圧によって作動させることが可能となる。

台車（車両）側の支持枠にスライドピンを介して摺動可能にフローティング支持されるキャリパ本体にリンクを回動可能に支持する構造により、キャリパブレーキ装置のコンパクト化がはかれ、このキャリパブレーキ装置を車輪と台車（車両）間の限られたスペースに設けることが可能となる。

空気圧式ブレーキアクチュエータを用いることにより、鉄道車両に搭載される油圧源を縮小、廃止することが可能となり、車両の軽量化がはかれる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１の（ａ）は鉄道車両用キャリパブレーキ装置１の平面図であり、図２は側面図であり、図３の（ａ）は正面図である。 ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平横方向、Ｙ軸が鉛直方向、Ｚ軸が水平前後方向に延びるものとし、キャリパブレーキ装置１の構成を説明する。

キャリパブレーキ装置１は、対の制輪子７０の間に車輪５のディスクロータ６を挟持し、車輪５に制動を掛けるものであり、一方の制輪子７０をディスクロータ６に押し付けるブレーキ駆動機構１００を備える。

キャリパブレーキ装置１は、車両の図示しない台車上に固定される支持枠２０と、この支持枠２０に設けられた上下スライドピン３０、３２を介して支持されるキャリパ本体１０を備える。

キャリパ本体１０は、車輪５のディスクロータ６に跨るようにして延びる第一、第二キャリパアーム部１２、１４と、この第一、第二キャリパアーム部１２、１４を結ぶヨーク部２９とを有する。 第一キャリパアーム部１２側のみに制輪子７０を押し付けるブレーキ駆動機構１００が設けられ、第二キャリパアーム部１４にはこのブレーキ駆動機構１００が設けられていない。 そのため、キャリパ本体１０は上下スライドピン３０、３２によってＸ軸方向に摺動可能にフローティング支持されている。

図３の（ａ）に示すように、キャリパ本体１０はブラケット部１５、１６、１７、１８を有し、各ブラケット部１５、１６に上スライドピン３０の両端部が支持され、各ブラケット部１７、１８に下スライドピン３２の両端部が支持される。 ブラケット部１５、１６、１７、１８はヨーク部２９から第一、第二キャリパアーム部１２、１４と反対方向に延びている。

各ブラケット部１５、１６、１７、１８と支持枠２０との間にはゴム製のブーツ９が介装され、このブーツ９によって上下スライドピン３０、３２の露出部がダストから保護される。

上スライドピン３０は支持枠２０との間に図示しない球面ベアリングが介装され、支持枠２０に対してキャリパ本体１０をＸ軸方向に摺動可能にフローティング支持するとともに、支持枠２０に対してキャリパ本体１０をＺ軸まわりに揺動可能に支持する。 これにより、キャリパ本体１０は台車に対する車輪５の揺動に追従し、各制輪子７０が車輪５のディスクロータ６に平行に対峙する。

第二キャリパアーム部１４の上下端部にはアンカブロック６０がアンカボルト６２を介して締結され、このアンカブロック６０から突出するアンカピンを介して制輪子７０の両端部が支持される。

第一キャリパアーム部１２の上下端部にアジャスタ６５がアンカボルト６２を介してそれぞれ締結され、このアジャスタ６５から突出するアンカピン６４を介して制輪子７０の両端部が支持される。

図４に示すように、アジャスタ６５は制輪子７０をディスクロータ６から離すように付勢する戻しバネ６６と、制輪子７０とディスクロータ６の隙間を略一定に調整する隙間調整機構６７を備える。 ブレーキ解除時に制輪子７０は戻しバネ６６の付勢力によってディスクロータ６から離され、隙間調整機構６７によってディスクロータ６との隙間が略一定に調整される。

キャリパブレーキ装置１は、一方の制輪子７０を梃子の原理でディスクロータ６に押し付けるブレーキ駆動機構１００を備える。

図１の（ｂ）は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、これに示すように、このブレーキ駆動機構１００は、第一キャリパアーム部１２に回動可能に支持されるリンク１１１と、このリンク１１１を回動させて制輪子７０をディスクロータ６に押し付ける３つのブレーキアクチュエータ１２０とを備える。

なお、リンク１１１、ブレーキアクチュエータ１２０の個数はこれに限らず、要求される制動力等に応じて増減しても良い。

各ブレーキアクチュエータ１２０は、円筒状のシリンダチューブ１５０と、シリンダチューブ１５０の内側に摺動可能に嵌合するピストン１２３と、シリンダチューブ１５０とピストン１２３との間に画成される圧力室１２４とを備える。 この圧力室１２４に加圧空気が導かれると、ピストン１２３がＸ軸についてシリンダチューブ１５０から突出する方向（図３において右方向）に移動する。

図６の（ａ）、（ｃ）に示すように、シリンダチューブ１５０はピストン１２３を摺動可能に嵌合させる円筒状のシリンダ部１５５を有する。 図６の（ｂ）に示すように、ピストン１２３の外周にはシールリング１２８が取り付けられる。 このシールリング１２８がシリンダ部１５５に摺接し、圧力室１２４を密封する。

シリンダチューブ１５０は基端部１５１を有し、この基端部１５１がキャリパ本体１０に嵌合することによって固定される。 円柱状の基端部１５１はシリンダ部１５５と同軸上に形成される。

図３の（ｂ）に示すように、キャリパ本体１０には３つの支持穴４１、４２、４３が形成され、この各支持穴４１、４２、４３に各シリンダチューブ１５０の基端部１５１が嵌合され、これによって各シリンダチューブ１５０がキャリパ本体１０に固定される。

基端部１５１の外周と各支持穴４１、４２、４３の間にはブレーキアクチュエータ１２０に加圧空気を導くバッセージ（環状の空気圧通路）１４０が形成される。

図６の（ａ）（ｃ）に示すように、シリンダチューブ１５０の基端部１５１の外周には２本のシールリング１５２、１５３が介装され、シリンダチューブ１５０の基端部１５１のまわりにはこのシールリング１５２、１５３と支持穴４１、４２、４３によって環状の空気圧通路（パッセージ１４０）が画成される。

図１の（ｂ）に示すように、シリンダチューブ１５０には圧力室１２４とパッセージ１４０を連通する通孔１５４が形成される。 この通孔１５４は各シールリング１５２、１５３間に画成される環状の空気圧通路（パッセージ１４０）に連通している。

図３の（ｂ）に示すように、キャリパ本体１０は各支持穴４１、４２、４３を結ぶ通孔１４５、１４６が形成されるとともに、支持穴４３に連通してブラケット部１７の下端部に開口するインレット１４１が形成され、このインレット１４１に配管１４４が接続される。 各通孔１４５、１４６とインレット１４１は同軸上に配置され、機械加工によって形成される。

図３の（ｂ）において、１４３は空気圧源であり、この空気圧源１４３からの加圧空気は切換弁１４２を介してブレーキアクチュエータ１２０に供給されるとともに、図示しない制御弁を介して車両の懸架エアバネに供給される。 図示しないコントローラからの指令に応じて切換弁１４２は制動時に空気圧源１４３からの加圧空気をパッセージ１４０を介して各ブレーキアクチュエータ１２０に導く一方、非制動時に大気圧をパッセージ１４０を介して各ブレーキアクチュエータ１２０に導く。

キャリパ本体１０には上下ブラケット部１５、１７を結ぶビーム部１９が形成され、中程の支持穴４２はこのビーム部１９に形成される（図３の（ａ）参照）。 なお、他方の上下ブラケット部１６、１８の間にビーム部は形成されない。

上下の支持穴４１、４３はキャリパ本体１０の上下ブラケット部１５、１７に形成され、上下スライドピン３０、３２と同軸上に配置される。 上下スライドピン３０、３２の組み付け時にピストン１２３を取り外した状態で、上下スライドピン３０、３２を各支持穴４１、４３から上下ブラケット部１５、１７の支持穴に差し込むようになっている。

図６の（ｂ）に示すように、ピストン１２３はシリンダチューブ１５０から突出する一対のブラケット部１２５を有し、各ブラケット部１２５に各力点ピン１２６が挿入され、この力点ピン１２６にリンク回動基端部１１２が係合する。

図１の（ａ）に示すように、ブレーキアクチュエータ１２０のピストン１２３に力点ピン１２６を介して連結されるリンク回動基端部１１２と、支点ピン１１４を介して回動可能に支持されるリンク支持穴１１５と、制輪子７０の背後に延びるリンク回動先端部１１６とを有する。

図１の（ｂ）に示すように、各リンク１１１は、支点ピン１１４がその支点となり、そのリンク回動先端部１１６の作用点ピン１３４がその作用点となり、そのリンク回動基端部１１２とブレーキアクチュエータ１２０との連結点である力点ピン１２６がその力点となっている。

リンク回動基端部１１２には長穴１１３が形成され、この長穴１１３に力点ピン１２６が摺動可能に挿入される。

各リンク１１１の中程にはリンク支持穴１１５がそれぞれ形成され、この各リンク支持穴１１５に共通の支点ピン１１４が摺動可能に挿入される。 支点ピン１１４は対のブラケット１１７を介してキャリパ本体１０の第一キャリパアーム部１２に連結される。 各ブラケット１１７は複数のボルト１１８を介して第一キャリパアーム部１２に締結される。

第一キャリパアーム部１２には各ブラケット１１７に対する取付座３３が凹状に窪んで形成され、各リンク１１１は第一キャリパアーム部１２に沿ってＺ軸方向に延びるように設けられ、各リンク１１１は制動時に制輪子７０の反力を受ける強度部材の働きをする。

ブレーキアクチュエータ１２０が上下スライドピン３０、３２と同軸上に設けられる。 これにより、図１の（ｂ）に示すようにリンク１１１の力点（力点ピン１２６）と支点（支点ピン１１４）との長さが最大限に確保され、リンク１１１がブレーキアクチュエータ１２０の力を倍力して制輪子７０を駆動する力を大きくする。

第一キャリパアーム部１２にはブラケット部１５、１７まわりのＸ軸方向の厚さをブラケット部１６、１８まわりのＸ軸方向の厚さより大きくし（図１の（ａ）参照）、制動時にブラケット部１５、１７が撓む変形量を抑えるようにする。

第二キャリパアーム部１４にはＺ軸方向に延びる補強リブ３４が形成され、この補強リブ３４は制動時に第二キャリパアーム部１４が撓む変形量を抑える補強部材の働きをする。

各ブレーキアクチュエータ１２０は、第一キャリパアーム部１２に摺動可能に支持される３つの摺動ロッド１３０を備え、各摺動ロッド１３０が各リンク回動先端部１１６と制輪子７０の間に介装される。 ブレーキアクチュエータ１２０の作動によって各リンク回動先端部１１６が制輪子７０に近付く方向に回動すると、各摺動ロッド１３０がＸ軸方向に移動して制輪子７０をディスクロータ６に押し付ける。

図４、図５に示すように、第一キャリパアーム部１２にはＸ軸方向に延びる支持穴３１が形成され、この支持穴３１に摺動ロッド１３０が摺動可能に嵌合している。

摺動ロッド１３０は円柱状に形成され、その先端部に円盤状のフランジ１３１が連結される。 このフランジ１３１が支持レール７１の背面に当接している。 制輪子７０は支持レール７１に下方（Ｙ軸方向）から差し込まれ、その両端部がアンカピン６４を介して支持されている。

摺動ロッド１３０の基端には受け面１３２がＸ軸に直交する平面状に形成され、この受け面１３２に摺動可能に当接するスライダ１３３が設けられ、このスライダ１３３が作用点ピン１３４を介してリンク回動先端部１１６に回動可能に連結される。 スライダ１３３には作用点ピン１３４が嵌合する一対の支持穴１３５が形成される。

ブレーキアクチュエータ１２０の作動によって各リンク回動先端部１１６が制輪子７０に近付く方向に回動すると、スライダ１３３が摺動ロッド１３０の受け面１３２に対してＺ軸方向に摺動しながらＸ軸方向に移動して摺動ロッド１３０を介して制輪子７０をディスクロータ６に押し付ける。

以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。

図７の（ａ）は制動解除時のキャリパブレーキ装置１を示している。 制動解除時に配管１４４（図３の（ｂ）参照）を介して各ブレーキアクチュエータ１２０に大気圧が導かれており、戻しバネ６６（図４参照）の付勢力によって制輪子７０がディスクロータ６から離れる。 これにより、摺動ロッド１３０が第一キャリパアーム部１２の支持穴３１（図４参照）から突出し、スライダ１３３を介してリンク１１１を回動させ、リンク１１１がピストン１２３をシリンダチューブ１５０に押し込んでいる。

図７の（ｂ）は制動時のキャリパブレーキ装置１を示している。 制動時に配管１４４（図３の（ｂ）参照）を介して導かれる空気圧により各ブレーキアクチュエータ１２０のピストン１２３がシリンダチューブ１５０から突出作動し、各リンク１１１が支点ピン１１４（図１の（ａ）参照）を支点として回動し、各リンク回動先端部１１６（図１の（ａ）参照）がスライダ１３３、摺動ロッド１３０を介して制輪子７０をディスクロータ６に押し付け、制輪子７０がディスクロータ６に摩擦力を付与し、車輪５を制動する。

本実施の形態では、車輪５の側部に形成されたディスクロータ６と、このディスクロータ６を挟んで摩擦力を付与する左右の制輪子７０とを備える鉄道車両用キャリパブレーキ装置１において、左右の制輪子７０を支持するキャリパ本体１０と、このキャリパ本体１０を台車（車両）側の支持枠２０に対して摺動可能に支持する上下スライドピン３０、３２と、キャリパ本体１０に対してその中程が回動可能に支持されるリンク１１１と、このリンク１１１を回動させて制輪子７０をディスクロータ６に押し付けるブレーキアクチュエータ１２０とを備えたため、ブレーキアクチュエータ１２０の駆動力をリンク１１１が梃子の原理で倍力して制輪子７０に伝えることにより、ブレーキアクチュエータ１２０に要求される駆動力を小さくし、ブレーキアクチュエータ１２０を空気圧によって作動させることが可能となる。 台車（車両）側の支持枠２０に上下スライドピン３０、３２（図３の（ａ）参照）を介して摺動可能にフローティング支持されるキャリパ本体１０にリンク１１１を回動可能に支持する構造により、装置のコンパクト化がはかれ、車輪５と台車（車両）間の限られたスペースに設けることが可能となる。 空気圧式ブレーキアクチュエータ１２０を用いることにより、鉄道車両に搭載される油圧源を縮小、廃止することが可能となり、車両の軽量化がはかれる。

本実施の形態では、キャリパ本体１０は、車輪５のディスクロータ６に跨るようにして延びる第一、第二キャリパアーム部１２、１４を有し、リンク１１１を第一キャリパアーム部１２に沿って設け、第一キャリパアーム部１２の中程にリンク１１１の中程を回動可能に支持する支点ピン１１４（図１の（ａ）参照）を備えたため、制動時にリンク１１１が制輪子７０の反力を受ける強度部材の働きをし、第一キャリパアーム部１２の変形が抑えられる。

本実施の形態では、キャリパ本体１０に摺動可能に支持される摺動ロッド１３０を備え、この摺動ロッド１３０がリンク１１１の回動先端部に従動して制輪子７０を背後から押圧するため、リンク回動先端部１１６の動きに追従して摺動ロッド１３０がその軸方向に摺動し、制輪子７０をディスクロータ６に対して平行移動させて押し付ける。 これにより、制輪子７０がリンク１１１と共に傾くことがなく、制輪子７０の偏摩耗を防止できる。 また、摺動ロッド１３０のキャリパ本体１０に対する取り付け角度（支持穴３１のＸ軸に対する傾斜角度）を変えて、摺動ロッド１３０制輪子７０を押圧する角度を任意に設定することができる。

本実施の形態では、摺動ロッド１３０の基端に受け面１３２を形成し、この受け面１３２に摺動可能に当接するスライダ１３３を備え、このスライダ１３３にリンク回動先端部１１６に回動可能に連結する作用点ピン１３４を備えたため、リンク回動先端部１１６の動きに追従してスライダ１３３が摺動ロッド１３０の受け面１３２に摺動しながら押圧され、これにより摺動ロッド１３０がその軸方向に摺動し、制輪子７０をディスクロータ６に円滑に押し付ける。

本実施の形態では、ブレーキアクチュエータ１２０はキャリパ本体１０に設けられるシリンダチューブ１５０と、このシリンダチューブ１５０に摺動可能に嵌合するピストン１２３と、シリンダチューブ１５０とピストン１２３との間に画成される圧力室１２４と、ピストン１２３にリンク回動基端部１１２を連結する力点ピン１２６とを備えたため、圧力室１２４に導かれる空気圧（流体圧）によってピストン１２３がシリンダチューブ１５０から突出する動きに追従してリンク１１１が回動し、ピストン１２３の駆動力をリンク１１１が梃子の原理で倍力して制輪子７０に伝えることにより、ピストン１２３を空気圧によって作動させることが可能となる。

本実施の形態では、ブレーキアクチュエータ１２０はシリンダチューブ１５０をスライドピン３０、３２と同軸上に配置したため、リンク１１１がブレーキアクチュエータ１２０の力を倍力するテコ比を大きくできる。

本実施の形態では、ブレーキアクチュエータ１２０は圧力室１２４に空気圧（流体圧）を導くパッセージ１４０（流体圧通路）を備え、このパッセージ１４０をキャリパ本体１０に形成したため、ブレーキアクチュエータ１２０が空気圧（流体圧）によって作動し、リンク１１１に駆動力を付与する。

次に図８に示す他の実施の形態を説明する。 これは基本的には図１〜７の実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。 なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。

この鉄道車両用キャリパブレーキ装置１は、第一、第二キャリパアーム部１２、１４の両方に制輪子７０を押し付ける左右のブレーキ駆動機構１００が設けられる。 左右のブレーキ駆動機構１００及びキャリパ本体１０は対称的に形成され、左右のブレーキ駆動機構１００のリンク１１１は第一、第二キャリパアーム部１２、１４に沿って設けられる。

この場合、車両運転中の制動時に空気圧により左右のブレーキアクチュエータ１２０のピストン１２３がシリンダチューブ１５０から突出作動し、左右のリンク１１１が支点ピン１１４を支点として回動し、各リンク回動先端部１１６がスライダ１３３、摺動ロッド１３０を介して左右の制輪子７０をディスクロータ６に押し付け、左右の制輪子７０がディスクロータ６に摩擦力を付与し、車輪５を制動する。

本実施の形態では、キャリパ本体１０は、車輪５のディスクロータ６に跨るようにして延びる第一、第二キャリパアーム部１２、１４を有し、対のリンク１１１を第一、第二キャリパアーム部１２、１４に沿って設け、第一、第二キャリパアーム部１２、１４の中程にリンク１１１の中程を回動可能に支持する支点ピン１１４を備えため、制動時に各リンク１１１が制輪子７０の反力を受ける強度部材の働きをし、第一、第二キャリパアーム部１２、１４の変形が抑えられる。

他の実施の形態として、ブレーキアクチュエータ１２０を油圧シリンダまたは電動アクチュエータで構成してもよい。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施の形態を示す鉄道車両用キャリパブレーキ装置の平面図。

同じく側面図。

同じく正面図。

同じく図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

同じくブレーキ駆動機構の分解図。

同じくブレーキ駆動機構の分解図。

同じく作動状態を示す平面図。

本発明の他の実施の形態を示す鉄道車両用キャリパブレーキ装置の平面図。

符号の説明

１ 鉄道車両用キャリパブレーキ装置５ 車輪６ ディスクロータ１０ キャリパ本体１２ 第一キャリパアーム部１４ 第二キャリパアーム部１５、１６、１７、１８ ブラケット部２０ 支持枠３０ 上スライドピン３２ 下スライドピン７０ 制輪子１００ ブレーキ駆動機構１１１ リンク１１２ リンク回動基端部１１３ 長穴１１４ 支点ピン１１５ リンク支持穴１１６ リンク回動先端部１２０ ブレーキアクチュエータ１２３ ピストン１２４ 圧力室１２６ 力点ピン１３３ スライダ１３４ 作用点ピン１４０ パッセージ１５０ シリンダチューブ１５１ 基端部１５５ シリンダ部